铝阳极氧化膜的特性及阳极氧化技术（综述）

    铝阳极氧化膜的特性及阳极氧化技术（综述）

    朱祖芳

    （北京有色金属研究总院）

    铝材是有色金属中使用量最大，应用面最广的金属。国民经济各部门无不大量使用铝及其合金。铝在地壳中蕴藏量极丰富，分布很广泛，冶炼较方便。铝的产量在国内外均占有色金属之首位。80年代中期全世界的铝的年产量已超过1500万吨。铝制品更是品种繁多，据说已逾70万种。铝材具有一系列优良的力学、物理、化学、加工性能和特征。从工业到农业，从尖端技术到民间产品，从建筑业到运输业等各行各业提出了各不相同的要求，各种铝合金可以满足极其多样和广泛的需要。表面处理技术又使铝获得新的更好的表面性能。铝及铝合金的性能特点是：

    (1)比重小。纯铝比重约为2.7，只有铁或铜的1/3。

    (2)易强化。纯铝的强度虽不高，通过合金化和热处理很容易强化，得到高强度铝合金，其比强度可与合金钢媲美。

  （3)塑性好。铝及其合金可以通过挤压、轧制和拉拔等压力加工手段制成板、箔、管、丝和各种复杂断面的型材，其应用从包装用铝箔，饮料罐用铝薄板，电缆用铝线一直到建管物用中等强度和飞机用高强度铝合金型材。

(4)耐腐蚀。铝是一个电负性很强的金属，与氧具有很高的亲和力。在自然条件下，铝表面能生成保护性氧化膜，它与基体金属的分子体积化学当量比为1.5。氧化膜处在压应力下，这不仅使铝表面连续覆盖氧化膜，而且可以承受基体金属一定量的变形不致发生膜破裂。膜一旦破裂又能自行再生。铝的腐蚀产物无色也无毒。

(5)导电好。铝的导电、导热性仅次于银、金和铜。设铜的导电率为100，则铝为64，而铁只有16。若按等重量金属导电能力计算铝的导电能力几乎是铜的一倍。

 (6)易作表面处理，改善或改变铝的表面性能。铝的某些性能不够好，如硬度低，耐磨性差以及自然氧化膜耐蚀性也不很高等等。通过表面处理可以明显地弥补这些缺陷，特别是阳极氧化技术方便易行，已经得到广泛应用。铝的阳极氧化膜硬度高、耐磨和耐蚀性好，抗电绝缘，并可着色而得到美丽外观。建筑铝型材氧化上色得到美观庄重的古铜色高档铝门窗是人所熟知的技术。阳极氧化膜作底层，可以再进行电镀、化学镀、喷镀、电泳和刷漆等工艺，在铝表面上外加金属、陶瓷、玻璃或有机聚合物涂层。

虽然在许多应用场合，铝并不需要进行保护。但为了达到最佳的使用效果，常需要进行表面加工，主要的涂层有下列几种：

 (1)化学转化膜——化学氧化膜，磷酸盐膜或铬酸盐膜，使用在腐蚀性较轻的环境。

(2)有机涂层一一各种类型油漆、清漆和树脂漆涂层，可获得多种多样色泽、光洁度和耐蚀性。

(3)搪瓷涂层——玻璃和陶瓷涂层，当前应用还不广，在特殊条件下使用。

(4)电镀层——在适当预处理（包括阳极氧化）之后，获得装饰性或功能性电镀层。

(5)阳极氧化膜——电化学氧化制备的氧化膜，具有不同厚度、硬度、色泽、耐蚀、耐磨及光学和电学性能阳极氧化膜是铝上一种万能的保护层。应用最广泛，研究最透彻，技术最成熟，因而铝阳极氧化的工业化程度也最为完善。

1  铝阳极氧化膜的特征和性能

按照阳极氧化电解液对于铝的溶解能力，可以分为三类电解液：

(1)强溶解能力有盐酸，高氯酸和苛性碱等溶液。

(2)中溶解能力有硫酸、草酸、铬酸和磷酸等溶液。

(3)弱溶解能力有硼酸、硼酸铵等溶液。

在强溶解电解液中，铝阳极氧化不能成膜。铝在这类电解液中将发生阳极溶解。在特定条件下（如高氯酸溶液）可产生电解抛光。在弱溶解电解液中，可得到非常薄的壁垒型膜（结构上致密无孔的高介电性簿膜）。其膜厚取决于外加电压，常用于制造电解电容器。

铝在中溶解电解液中阳极氧化，能够得到厚度和性能可控制的氧化膜。这种多孔型膜可以进一步作功能性处理，具有特别广阔的用途。所谓“铝的阳极氧化膜”常常就是指这一类多孔膜。它的结构如图1所示，由阻挡层和多孔层组成，阻挡层厚度与阳极氧化时外加电压有关。而总膜厚（阻挡层和多孔层的和）可随时间延长而加厚。厚度的极限值取决于电解液的种类、浓度和阳极氧化的温度等因素。表1列出铝在不同条件下阳极氧化膜的阻挡层厚和总膜厚范围。数据表明，多孔型膜的总膜厚虽然遵从与电流密度和时间成正比的公式．即δ=Kit[δ为膜厚(um)，I为电流密度(A/dm²)，t为时间（min)，K是常数值，一般取作0.25～0. 32]。但总膜厚实际上并不能随时间无限增长，而是有它的一个极限值的。另外，多孔层的孔径和结构单元的壁厚是与电解液的溶解性能有关。表2是在几种常用电解液中形成多孔膜的孔径和壁厚。对硫酸来说，实验表明阻挡层厚度（δ_b)与外加电压(V)的关系大约为（δ_b)≈10×V，而孔壁厚δ_w与阻挡层厚（δ_b)的关系大约为δ_w≈0.8×δ_b。

铝阳极氧化膜的组成，除氧化物以外，还含有水和从电解液中引进的阴离子。以硫酸电解液为例，膜中硫含量（按S0₃计）达13%，其中结合的硫和游离的硫（按S0₃计）含量分别为8%和5%。这就使得膜的实际化学成分和结构随电

解液成份、浓度和电解条件而异，使结果更为复杂。                图1  阳极氧化膜的典型结构单元

（图中尺寸为孔径加上两倍壁厚）

 

实验表明，阻挡层一般是无定形结构，多孔层可能是AIO(OH)和γ-A1₂O₃。但研究结论目前并不一致，或者说尚在进一步研究之中。

铝及铝合金阳极氧化膜的特点和性能综述如下，这些特性决定了铝的阳极氧化膜有着非常广泛的用途。

    表l不同阳极氧化条件下氧化膜的阻挡层厚和总膜厚

  电解液(g/L)    电压(V)    温度(℃）    阻挡层厚(μm)  总膜厚范围(μm)

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 H₂S0₄  200    10~12    18~20       0.010~ 0.015    5.0~35.0

 H₂S0₄  150    10~15    10~15      0.010~ 0.013     5.0~35.0

 H₂S0₄  150     10        15       0.015~ 0.018     5.0~40.0

 H₂S0₄  10     50~60    -l~+1       0.015~ 0.320    100~250

  （硬质膜）

  H₂PO₄ 56       30       25        0.010~ 0.012     2.5~20.0

  H₃PO₄ 400      20       25        0.010~ 0.012     2.5~22.0

  H₃PO₄ 40      120       20        0.010~ 0.011     2.5~15.0

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    表2不同电解液中形成多孔层的性质

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电解液  浓度(%)   温度(℃)  阻挡层厚(A/V)  孔壁厚(A/V)    孔径(A)

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磷酸      4         24         11.9           11.0          330

草酸      2         24         11.8            9.7          170

铬酸      3         38         12.5           10.9          240

硫酸      15        10         10.0            8.0          120

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 (1)耐蚀性提高—氧化铝是耐腐蚀的，不受大气和l盐水的破坏。阳极氧化膜是铝的最主要的保护层，是保护基体铝不受腐蚀介质侵蚀的有效屏障。无定形的多孔阳极氧化膜一般要经过封孔处理才能提高基体的耐蚀性。表3列出了铝和铝合金阳极氧化膜在各类大气和CASS试验中的耐蚀性。

 (2)耐磨性提高一一阳极氧化膜的硬度低于氧化铝，而且硬度值与阳极氧化条件和基体性质关系极大。硬质阳极氧化产生25～100um的厚膜，可用在需要耐磨的转动部件。对于给定的阳极氧化条件，常有一个最高耐磨性的厚度极限。大于这个极限厚度，膜的耐磨性反而会下降。铝合金成分也影响膜的耐磨性，如含铜量高的铝合金，耐磨性变差。直流阳极氰化比交流阳极氧化膜的硬度高。铬酸或某些硫酸电解液对于满足耐磨性要求说，其阳极氧化膜的厚度和硬度均显不够。未阳极氧化纯铝的显微硬度只有HV≈(30～40)×9.88N/mm²，而阳极氧化膜可达HV≈(400~ 600)×9.8 N/mm²，也就是铝阳极氧化膜的硬度和耐磨性远高于铝基体。值得指出的是，铝合金材料本身及阳极氧化的工艺都对硬度和耐磨性有巨大影响。

                                           表3铝及铝合金阳极氧化膜的耐蚀性

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                                               腐蚀孔数（N/cm²)

基体    膜厚（um)   _________________________________________

         

 

                                        大气暴露18月         CASS试验

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                                工业大气  乡村大气  海洋大气  8h      18h

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         Al—99.5%         5             30          10               3          10       30

                         10            10           1                0           1         3

 Al—99.9%       5             10           0                0          0.3       1

                       10            3             0                0          0.3       1
        Al—1.25Mn     5             0            10              10         10        30 

                 10             1             3                0           3        10
        Al—1.25Mg     5            10            3                0            3        10

                 10            3              0                 0           1         2         
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        *普通硫酸阳极氧化膜

 (3)改进将饰性外观——所有铝的阳极氧化膜都有光泽和相当好的耐磨性。因此在需要保留铝的自然外观或需要保留机械扫纹时，铝的阳极氧化可作为最后一道精饰表面处理工序。铝阳极氧化膜的色泽与电解液有关。硫酸和磷酸溶液中的阳极氧化膜是无色透明的。草酸膜带黄或棕色，铬酸膜是灰色或灰绿色。铝合金的合金化元素对膜的色泽也有较大影响。铁使膜偏红；锰和硅使膜变灰；而铬会使膜呈金黄色。铝阳极氧化膜的光亮度与阳极氧化前的基体金属表面状态有关。无光浸蚀降低光泽；光亮浸蚀，化学或电化学抛光提高光泽。建筑用的大多数铝合金都要进行阳极氧化。

 (4)提供独特的装饰色泽——主要有三种方法提供着色的铝阳级氧化膜，即整体着色，电解着色和化学染色（有机染料或无机颜料）。整体着色提供适于建筑业应用的稳定的颜色。色调与铝合金成份和电解液都有关系。由于成本较高，现已逐渐被电解着色所代替。电解着色是在多孔性阳极氧化膜中，利用电解（一般用交流电解）方法将某螳金属离子（常用Sn²⁺、Ni²⁺、Co²⁺、Cu²⁺）还原沉积到孔底经光散射而成色。电解着色的颜色种类单调，一般是适于建筑业使用的青铜色，从浅到深直到黑色。化学染色在膜孔中吸收有机或无机染（颜）料，色彩多样，成本较低。但是耐光性、耐蚀性较差，适于室内装饰之用。

    (5)提供电绝缘——铝氧化膜具有介电性能，其击岔电压从几伏到几千伏不等，视合金成分及膜厚和膜的本性而异。表4列出正常阳极氧化膜的比击穿电压。击穿电压只在一定厚度范围内适用，超过极限厚度，由于膜中产生微裂纹，则击穿电压和厚度的线性关系不再存在。从表4可知，直流阳极氧化比交流好，硫酸比草酸更好。对于常规生产的阳极氧化膜，一般可耐击穿电压100～350 V；而特殊制备的膜可高达2000 V。

    表4 正常铝阳极氧化膜的比击穿电压

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    电解液            电流                   平均比击穿电压(V/um)

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    硫酸              直流                           35

    硫酸              交流                           25

    草酸              直流                          10～20

    草酸              交流                           5～8

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(6)增加漆膜附着性——铝的多孔型阳极氧化膜可以对大多数漆膜提供一层化学活性表面，增加了漆膜与基体附着性。硫酸阳极氧化膜是无色透明的，因此还可以作为其后金属原色表面精饰的底层。

 (7)可作电镀的底层——膜的多孔性有助于电镀，增加电镀层的粘附力。磷酸阳极氧化是铝材最佳的电镀前处理方法，使电镀层与铝材有很强的机械结合。

 (8)可涂照相平板印刷乳胶——铝阳极氧化膜的孔隙度可提供在铝板上保留乳胶的有效的机械方法。实际上，膜的多孔性可以接受各种功能物质，从而制成多种多样的铝功能膜。

 (9)增加光发射率一一厚度大于0.8/um的阳极氧化膜会提高铝的发射率，能达到“黑体”光散射率的80%。染成黑色的膜具有极佳的吸热能力，并能维持到230℃。

2铝的阳极氧化工艺

铝阳极氧化膜的性能随工艺不同而异。按电源类型可分为直流电阳极氧化，交流电阳极氧化和脉冲电阳极氧化等。按性能和用途可分为防蚀阳极氧化，抗磨阳极氧化，装饰阳极氧化和绝缘阳极氧化等。为叙述方便这里将阳极氧化分成四类：(1)硫酸阳极氧化；(2)铬酸阳极氧化；(3)硬质阳级氧化和(4)其他特殊阳极氧化。

2.1  表面预处理

表面预处理一般包括脱脂、蚀洗和除灰。但还要根据材料成分、表面状态以及对氧化膜的要求选择预处理工序和方法。

2.1.1  脱脂    目的是除掉铝表面的油污，以保证均匀蚀洗和减少对蚀洗液的污染，从而提高氧化质量。脱脂方法很多，有用有机溶剂和乳化油，还可用微碱性或酸性溶液化学脱脂，也有用硫酸或硝酸溶液脱脂。在特殊场合，也可用电解脱脂或乳化液喷雾脱脂。

2.1.2  蚀洗    目的在于去除铝表面天然氧化物和进一步除掉油污。最简单的蚀洗是碱洗处理，采用苛性钠溶液。为了抑制碱洗液沉淀结块，减轻铝耗和碱耗，或者出于特殊表面状态（如光亮或无光）的要求，通常加入添加剂。碱洗是阳极氧化前决定表面质量的关键性工序。温度过高、时间过长和清洗不彻底等均会引起碱洗斑。

2.1.3  除灰    又称出光、酸洗或中和。目的在于除掉蚀洗后残留在铝材表面的黑灰。这些黑灰是由于铝合金中铜、锰、铁等元素引起的。工业上常用硝酸(100—400 ml/L)或硫酸(100 --250 ml/L)除灰。硝酸适用于任何铝合金，而硫酸只能用于6063(LD)31)铝合金。硝酸除灰质量虽好，但硫酸除灰成本较低，溶液管理和环保措施简便。

2.1.4对表面光亮度有特殊要求的部件，需要进行化学抛光或电化学抛光    如果要获得失光的面，则在阳极氧化之前进行粗化表面失光处理。

2.2硫酸阳极氧化

硫酸法直流阳极氧化是最广泛使用的铝的阳极氧化方法。它的阳极氧化膜无色透明，可以接受各种着色处理。封孔性能较好，可以作耐蚀防护层。成本较低，操作方便，可以得到较厚的氧化膜，满足各种各样的性能要求。

    硫酸阳极氧化常用10～20%H²SO⁴为电解液，工作温度15～25℃，电流密度为1～2. 5A／dm²，电解时间视膜厚要求而定，一般在20～60 min。电源以直流电最普遍，外加电压视电解液的电导性、温度和铝含量而异，一般是15—20 V。工艺参数对于膜的性能有明显影响，表5列出各工艺参数对于氧化膜和槽液性质的影响。在所有影响因素中，硫酸浓度和操作温度起主导性作用。当阳极氧化在较低硫酸浓度和温度下进行时，可以得到较厚和较硬的膜。如再提高电流密度，虽也可以提高膜厚和硬度，但容易产生“膜烧损”。电解时间延长虽可增加膜厚，如果硫酸浓度和温度过高，也会造成“粉化”这在耐蚀防护或装饰效果方面都是不希望的。

    硫酸阳极氧化的电解液一般应满足以下技术条件：

    (l)氯化物（以氯化钠计）浓度小于0.02%

    (2)铝离子含量小于20 g/L；铁离子含量小于2g/L；铜离子含量小于0.02g/L。

    (3)硫酸浓度为：165～200g/L。

    阳极氧化操作开始时，外加电压取电流密度为0. 9～1.2 A/dm²时的电压。在同一电流密度下，温度高则电压低。不同的铝合金则电压也稍有不同。槽液中铝含量升高则电压也略有提高。表6列出各种铝合金在硫酸电解液中以1.2A/dm2阳极氧化所需要的电压。

表5工艺操作条件对氧化膜和槽液性能的影响（硫酸法）

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操作条件变化 极限厚度  硬度  耐蚀性  吸收性  多孔性  AI的溶解性  外加电压

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温度上升             ↓       ↓          →         ↑        ↑           ↑            ↓

电流密度增加      ↑          ↑          →         ↓           ↓       ↓       ↑

时间减少              —          ↑          ↓         ↓           ↑           ↓            ↑

浓度下降              ↑          ↑          →         ↓           ↓           ↓            ↑

使用交流电源      ↓          ↓          ↓         ↑           ↑           ↑            ↓

合金均匀性增加 ↑          ↑          ↓         ↓           ↓           ↓            ↑

添加浸蚀性小的 ↑          ↑          →         ↓           ↓           ↓            ↑

电解质

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*↑=增加  ↓=降低    →=通过最大值

为了改善膜的性能和扩大温度范围，已提出了不少改进型硫酸阳极氧化技术，主要是调整硫酸电解液的成份。如加入降低铝在硫酸中溶解能力的某些有机酸（例如草酸），则可以容许适当提高阳级氧化温度．并增加膜厚和硬度，添加醋酸或硫酸铵，可以得到韧性好的氧化膜。直流脉冲阳极氧化也可以扩大温度和电流密度的允许范围，这是80年代发展起来的新技术。

2.3  铬酸阳极氧化

铬酸阳极氧化工序决定于零部件类型、待阳极氧化的合金成分以及阳极氧化的主要目的。铬酸膜较薄，大致为0.5～1.25μm。但具有相当好的耐蚀防护性能，可能由于膜中留有铬酸根。氧化膜颜包从灰白到深灰色，不易染色；膜较软，耐磨性不如硫酸阳极氧化膜；膜的孔隙度较低，不作封孔亦可以使用。铬酸法适于尺寸容差小和表面光洁度高的零件，也适于松孔度大的铸造铝合金(总合金化元素不大于7.5%和铜含量不大于5%)，特别适于在结构上不易排出残留电解液的复杂零件或组合件的防护，所以在飞机制造和机械制造业上有广泛的应用。

铬酸阳极氧化的电解液含3%～10%CrO₃，操作温度为35～40℃。在阳级氧化开始时，在5～8 min内将电压从0增加到40V。电压陆续升高使电流密度始终不低于0.1 A/dm²。再在恒电压40 V下阳极氧化到规定时间。

铬酸电解液应符合以下技术要求：

表6铝合金在l.2 A/dm2硫酸阳极氧化时的电压

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中国YB                  美国AA                        电  压 （v）

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L5                        1100                              15. 0

LY11                      2017                              21.0

LY12                      2024                              21. 0

LY1                       2117                              16. 5

LF21                      3003                              16. 0

LF2                       5052                              14. 5

LF5                       5056                              16.0

LD30                      6061                              15.0

LD31                      6063                              15.0

LC9                       7075                              16.0

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    (l)pH值处于0.5～1.0

    (2)氯化物（以氯化钠计）浓度小于0.2g/L;硫酸根（以H₂S0₄计）浓度小于0.5g/L。

    (3)总铬酸含量小于10%。

2.4硬质阳极氧化

硬质阳极氧化也在硫酸电解液中（有时适当调整）进行，其差别只在于操作温度和电流密度。硬质阳极氧化在给定时间内生产出比通用硫酸阳极氧化厚得多的阳极氧化膜。

硬质阳极氧化采用10%～15%硫酸电解液，有时加入添加剂，操作温度在0～10℃，电流密度是2～3.6 A/dm2。升高温度形成硬度低而孔隙高的阳极氧化膜，从而降低了极限膜厚和耐磨性。操作温度过高造成膜的溶解甚至烧损工件。硬质阳极氧化中脉冲直流电的优点已有了比较肯定的结论。

2.5  其它阳极氧化 

表7列出其它代表性的阳极氧化过程中电解液成分和操作条件，一般在草酸、磷酸、硫—草酸、硼酸或磺基水杨酸水溶液中阳极氧化。硫—草酸电解液得到较厚膜，厚度介于硫酸和硬质阳极氧化之间。磷酸阳极氧化适合于制备电镀层或漆膜层的底层。草酸阳极氧化曾经比较流行，理论研究也较深入。近代由于成本较高，已不如硫酸法应用广泛了。此外，硼酸阳极氧化得到电绝缘好的铝阳极氧化膜，用在电解电容器作为介电层。此外还有瓷质阳极氧化、光亮阳极氧化等。

表7其它铝阳极氧化方法

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硫-草酸 l5%～20%H₂SO₄ 5%H₂C₂O₄        1.2             29~35               30

磷酸  (20~60)vol%H₃PO₄              0.3~1.2           27~35              5~15

2.6  着色

    铝阳极氧化膜的着色方法，主要分为整体着色、化学染色和电解着色。它们的着色机理不同，发色物质沉积的部位也各不相同。如图2所示，在染色时发色物质吸附在多孔层孔隙的上部；整体着色的发色物质分布在整个多孔氧化膜中，形成带色的氧化膜；电解着色的发色物质沉积在孔隙的底部。由于硫酸阳极氧化膜无色透明，其孔径和孔隙度也适于着色，因此多在硫酸阳极氧化膜上着色。整体着色由于电耗高，色泽和色调与合金成分和膜厚关系很

大，已逐步被电解着色所代替。近年来国外开发了新的多色化的着色技术：干涉光着色法（又称三次电解法）和复合着色法。复合着色以其固色性好和操作容易实现了工业化。

 

        电解着色由意大利人Carboni在1936年提出，60年代末到80年代中出现了大量专利和研究论文，于70年代末达到高峰。电解着色工艺很多。按电解液成分来分，有镍盐、镍锡盐、锡盐、钴盐、镍铜盐、铜盐等等。按电解电流来分，有交流电、直流阴极、交直流

迭加、直流周期换向、不对称交流，还有种种特殊电流波形方法。人们自然会提出问题，什么方法最好？这是一个复杂又简单的问题。这里借日本一位铝氧化工厂主的回答：“利润最高的是最好的技术”。这就是说，要结合实际选择最佳工艺，因此这个最佳工艺既不是绝对的，又不是一成不变的。在工业界，即使存在一个最佳工艺，也不一定是最流行最广泛使用的工艺。当前国内外最广泛使用的工艺是，锡盐或镍锡盐交流(50Hz)电解着色。

        镍盐电解液最早应用于铝阳极氧化膜的电解着色。由于镍盐分布

(a)染料的吸附（化学染色）

能力不好。对外来杂质(主要是NaCl)敏感和电解液的污染环境，更由于锡盐电解液中Sn2+的稳定性已用添加剂得到解决，因此锡盐电解着色更得到广泛应用。在镍盐向锡盐转化的研究中，开发出含NiS04从2～30g/L不等的镍锡混合盐着色。镍锡混合盐保留了锡盐的优点，即电解液分布能力好，色调均匀，色泽深浅控制方便，对外来杂质不敏感等。同时又似乎可以增加锡盐电解液中Sn²⁺的稳定性。因此，也不失为是一个应用较广的电解着色液。近年来，锡盐中添加镍盐又被铁盐或其他过渡金属所替代，不仅降低了成本，而且改善了环境保护。

        从电解着色氧化膜的耐蚀性和耐光性来看，总的来说比染色膜优越。但各种着色盐中，钴盐最佳，镍盐次之，锡盐再次之（锡镍混合盐可视为与锡盐相同）。铜盐和含铜混合盐电解液，其着色膜的耐蚀性和耐光性往往达不到验收指标。

 

图2三种不同着色方法的比较 

(b)带色氧化膜（整体着色）

 

(c)沉积的金属和化台物（电解着色）

 

2.7封孔

    铝的多孔型阳极氧化膜必须进行封孔处理才能达到耐蚀和耐光的性能要求。在过去一段时间中，我国相当忽视封孔的研究和实践。实际上铝阳极氧化膜的优良性能往往离不开封孔质量，这是铝阳极氧化处理中最后一道工序，也是最关键的一道工序。在建筑铝材的阳极氧化着色中，封孔是决定使用寿命的关键过程。

    封孔方法很多，最常用的是(l)高温封孔和(2)常温封孔。沸水封孔是最普通的高温封孔方法。它对水质要求很高，表8列出沸纯水封孔的杂质最大允许含量。实际工业生产中，常用电导率来判断水质，但是SiO₂不影响电导，对此要特别注意。除了沸纯水封孔外，还有水蒸汽封孔和含添加剂的热水封孔。长期细致的理论研究指明热水封孔的机理是Al₂O₃---Al₂O₃．H₂O(AIOOH)。这个水合反应的产物AlOOH（勃姆石）因体积膨胀而将微孔封闭。勃姆石的耐蚀性很好，但只有当热水温度接近沸点时才能生成。常温水封孔是80年代兴起的新技术，它是克服热封孔缺点应运而生的。比较成功的常温封孔添加剂尽管其组成各有差异，但都含有一定量的镍和氟，常温封孔的氧化膜已全部通过国际标准四顶检测，即

ISO2931(导纳法)．ISO2143(染斑法)以及ISO2932和321O（酸溶解失重法）。其耐蚀性和耐光性均通过ISO2135和BS3745。3年户外大气暴露试验表明耐大气腐蚀性能可与热封孔媲美。常温封孔反应产物主要有AlOOH、Ni(OH)₂和AIF₃，因此常温封孔反应比沸水封孔复杂，除水合反应外，至少还存在水解反应和化学转化反应。至于这几个反应的相互关系，尚待深入研究。

        高质量铝阳极氧化膜的形成涉及到全氧化生产线各工序工艺控制的许多环节和因索。绝不是以添加剂水平一言而蔽之。高质量阳极氧化的铝材更涉及到从熔铸、挤压直到表面处理中更多的环节和因素。这是80年代以来我国大量引进铝型材挤压和氧化生产线，并在其后国产化实践中得出的认识和结论。

3   阳极氧化铝材的应用

从高强、耐热、防蚀和加工性等许多因素考虑，已经研制成具有多种多样性能的一系列铝合金。铝合金比强度较高，塑性较好，导电导热性也好，并有良好的耐蚀性能，因此多用于航空航天工业。随着国民经济的发展，铝材在建筑、电气、化工、运输和食品等工业也得到广泛应用。表9列出最常用铝合金及其成分。现行变形铝合金的最高使用温度不超过350℃，如LY16。室温强度以LC9为高，但工作温度不宜超过150℃。纯铝、Al-Mg、Al-Mn系都不耐热，工作温度不宜超过150C。尤其是含镁量高的铝镁系防锈铝（如LF5和LF12等），工作温度达100℃时，Al₃Mg₂相析出，耐蚀性明显下降。

表8沸纯水封孔液中杂质最大允许量

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杂质          SO₄^2-      Cl^-        F^-       PO₄^3-      NO^3-        SO₂

允许量ppm    450       1000      14        7        1000          7

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表9常用铝合金及其成分

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中国YB    美国AA    名义成分

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 (1) 工业纯铝

       L2                1060              含铝99.6%

       L3                1050              含铝 99.5%

       L5                1100              含铝 99.0%

(2) 包复铝

       LB1               7072              Al-1Zn

(3) 防锈铝 (AI-Mg系和 AI-Mn系)

       LF2               5052              A1-2.5Mg(Ti)

       LF5               5056              Al-5Mg(Ti)

      LF11               5456             A1-5Mg  

      LF12               3003             Al-1Mn

 (4)硬铝和超硬铝

      LY1                2117            A1-2.6Cu-0.35Mg

      LY11               2017            AL-4.3Cu-0.6Mg-0.6Mn

      LY12               2024            Al-4.2Cu-1.5Mg-0.6Mn

      LY16               2219            Al-6.5Cu-0.6Mg-0.15Ti

       LC9               7075            Al-l.5Cu-l.6Mg-6Zn

 (5) 锻铝

       LD2                —             Al-0.6Mg-0.9Si-0.3Cu

       LD7               2618            Al-1.5Mg-2.2Cu-1.2Fe-l.1Ni-O.1Ti

      LD16               2014            Al-O.6Mg-l.0Si-4.5Cu

      LD30               6061            Al-1Mg-0.6Si-0.3Cu-0.2Cr

      LD31               6063            Al-O.6Mg-0.4Si

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铝合金材料（包括型材、管材、板材和箔材等）应用范围很广。建筑业使用大量围护和承重铝结构，隔热和防潮铝箔。铝材包括工业纯铝、LF系、LY系、LD系和LC系多种铝合金。在许多国家建筑用铝量占总用铝量的20%以上。表面处理目的是为了提高耐候、耐蚀和耐磨性，或兼顾装饰美观之目的。化工和石油化工设备主要用工业纯铝和LF系，制造容器、管道和换热器。交通运输用铝的历史较早，目前在资本主义世界仍是铝材的第一大用户。汽车用铝量逐年增加。美国汽车工业用铝量已达铝总消耗量的8%。1966年每台汽车用铝平均为31.8kg，1985年为63.1kg,面1990年达到90kg以上。铁路车辆、汽车和船舶工业采用大量各类铝合金。而且为了耐蚀、耐候和耐磨或美观的目的，出于延长使用寿命的考虑，需要进行阳极氧化处理。航空、航天和兵器工业也采用各类铝合金，尤其是高强和抗应力腐蚀，高韧和耐热等高技术性能指标。电工和电子工业也消耗大量铝。我国电工用铝量比例更大，当前电工用铝占铝总消耗量的30%以上。工业化国家只占14%左右。阳极氧化处理主要目的是防蚀和抗绝缘；在电子和家用电器方面涉及到铝功能膜的制备，包括铝电容器、印刷电路板、磁盘和光盘等。包装用铝材发展很快。美国在80年代初就占铝消耗量的10%。我国当前用量虽不很多，但用量上发展速度相当惊人。在包装工业方面表面处理方法主要是化学染色、上漆或各种涂料。此外，在文化体育用品和设施方面也得到开发。体育设施和器具由于美观和耐用的考虑，对表面处理提出较高要求。而印刷用的PS版必须进行表面粗化和阳极氧化，提高表面的亲水性和对感光层的吸附力。同时又要隔开感光层与铝板基的化学作用，并提高耐磨性以延长PS版的使用寿命。

利用铝多孔型阳极氧化膜的特殊结构，可以设法赋予铝表面各种各样的特殊功能，从而获得更加广泛的用途。虽然铝的功能膜不见得会消耗大量铝材，但无疑会构成效益高、技术密集、前途日益广阔的新高技术体系。

表面功能很多。表10列出各种功能及其示例，利用这些功能可以制造各种功能元件。

表10表面功能示例

单一功能

(1)电和电子功能；绝缘性、半导性、光电变换、压电变换和热电变换等

(2)磁功能

(3)光功能：发光、透光、散射、吸收等

(4)声功能：吸音、反射等

(5)热功能：耐热、防火等

(6)机械功能：摩耗、硬度、润滑等

(7)化学功能：耐蚀、催化、离子交换、吸附等

(8)物质移动功能：扩散、透过、保持等

(9)生体功能：生体适应性、生物化学适应性等

(l0)形态功能：凹凸、构形、平滑、粗糙、细孔、结晶形态等

复合功能

(1)粘着功能；附着、分离等

(2)传感功能；湿敏、热敏、污染敏感、离子敏感、电磁波敏感等

(3)情报功能：照相、印刷、复印、记忆、电子线路等

(4)色调功能：染色、光反射、光扩散等

(5)表面维持功能：耐蚀、耐候、耐变色、耐污染、耐磨、防火等

铝阳极氧化膜本身具有许多独特的功能，同时又是各种功能材料的优良载体，因此铝的功能膜形成一个非常吸引人的表面功能村料体系。例如铝阳极氧化磁性膜的研究，导致高密度垂直记录磁盘的问世。近年来，阳极氧化铝功能膜较为引人瞩目的是(1)光电功能,(2)催化功能；(3)传感功能和(4)分离功能。

光电功能中有(1)场致发光(FL)；(2))光致发光(PL)和(3)场致变色(EC)。场致发光中铝合金成分、阳极氧化工艺和发光层的选择都对EL性能有影响。如99.99% AI，草酸阳极氧化膜发蓝光;而硫酸膜不发光；Al-1Mn的草酸膜发橙光。发光层中Mn发黄橙色光，Eu发红色光等。可用于平面发光元件、显示屏和存储器等。光致发光利用阳极氧化膜微孔中沉积萤光物质得到。如铝的草酸阳极氧化膜在紫外线照射下发蓝色光，可用于图象显示。据说可用作夜间的公路交通指示板。在氧化膜上外加WO3膜制成场致变色元件，最近国外又在研究W03以外的Ec物质，如稀土元素和钒的氧化物等。

铝阳极氧化膜的催化功能在于可以通过热处理制得结晶形活性大的多孔性催化表面这种比表面积很大的表面膜还是各种催化剂的优良载体。传感功能中以湿敏元件最为成功，已经作为天气预报、高温湿度测定和超小型湿度传感器之用。诚然，铝的功能膜要求对功能膜的基础…阳极氧化膜有更加深入透彻的了解，尤其是铝氧化膜的显微结构和成份分布。因此铝功能性氧化膜的性能不仅决定于功能材料和工艺，而且决定于阳极氧化膜的本征特性和工艺。

    原载（铝阳极氧化膜技术标准汇编）1991.（转载时作部分增删）